全波ZVS准谐振Boost变换器：
Va f n VS fS
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零电压开关准谐振Boost变换器——例题1
例 下图所示的 ZVS 准谐振Boost变换器，输入电压为
12 V，输出电压为24 V，负载电阻为6Ω。谐振电感Lr和 谐振电容Cr的值分别为2μH和79nF。求解： (1) 开关频率fs； (3) 谐振电感峰值电流； (2) 谐振电容被充电时间； (4) 谐振电容峰值电压。
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr
Va dt Lr
iLr (t2 ) IS (1 cos )
Lr IS (1 cos ) T3 Va
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
阶段4（ t3 ＜ t ≤ TS）
t3 时刻，谐振电感电流下降 0，阶段 4 开始 Dfw 反向偏置，关断
t1 时刻，Cr 上电压被充到 VS，阶段2开始： Dfw 开通， Lr 上电流正弦下降
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零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr dt

(VS vCr (t )) Lr iLr (t ) Cr
iLr (t1 ) I 0
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i Lr (t ) I 0 cos n t
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
电路的构成：
全波 ZVS 准谐振 Boost 变换器电路图
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
假定：
1、Boost 变换器输入可视为恒定电流源：IS，提供能量给负 载电压 Va；
2、开关器件为理想开关：导通无压降，关断无漏电流， 且开通关断均无延时；
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零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
全波ZVS准谐振Buck变换器：电压传输比计算 输出电感 L0 伏秒平衡
谐振阶段：Tn ≈ t3 – t1，平均电压： – Va 剩余时间：TS - Tn，平均电压：VS – Va
VaTn (TS Tn )(VS Va ) 0
全波ZCS准谐振Buck变换器：
Va fS (1 ) VS fn
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零电压开关准谐振Buck变换器——例题1
例 下图所示的 ZVS 准谐振Buck变换器，输入电压为
12V，负载电阻为2Ω。谐振电感Lr和谐振电容Cr的值 分别为2μH和79nF。开关频率为200 kHz。输出电感和 输出电容分别为10mH和100uF。求解： (1) 平均输出电压Va； (2) 谐振电容被充电的时间； (3) 谐振电容上峰值电压； (4) 谐振电感电流的表达式。
电路的构成
3
零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
假定：
1、输出电感：L0 ﹥﹥Lr（谐振电感）； 2、输出滤波器 L0-C0 转折频率：fc ﹤﹤fs （开关频率）
L0-C0 与负载电阻 RL 可视为恒定电流源：I0
3、开关器件为理想开关：导通无压降，关断无漏电流，且开通 关断均无延时；
阶段 4 持续时间： T4 TS T3 T2 T 1
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
全波ZVS准谐振Boost变换器：电压传输比计算 输入电感 Li 伏秒平衡
谐振阶段：Tn ≈ t3 – t1，平均电压： VS – Va 剩余时间：TS - Tn，平均电压： VS
(VS Va )Tn VS (TS Tn ) 0
零电压开关准谐振 变换器
—— Buck&Boost 变换器
1
参考文献
[1] SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 开关功率变换 器——开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社 3.7 零电压开关准谐振Buck变换器 3.8 零电压开关准谐振Boost变换器
零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
这个阶段持续时间： T1
① 谐振电容充电并存储电能
② QS 和 Dfw 处于关断状态
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
阶段2（ t1 ＜ t ≤ t2）
T1 时刻，Cr 上电压被充到 输出电压 Va ，阶段2开始
Dfw导通，电流开始流过谐振电感 Cr 上电压被充到 Va 后，继续上升
v Cr (T2 ) Va IS Z n sin nT2 0
arcsin(Va / ( I S Z a ))
阶段 2 持续时间：
T2
n

n
全波模式：α∈（ 3 π /2 ，2 π ）
当 Cr 存储的能量全部回馈到输入源后，谐振阶段结束 Cr 电压为负时，开通 QS ，否则继续充电，失去零电压开通条件
阶段 1 结束时，流过谐振电容的电流为：
VS I 0 Cr T1
5
零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
阶段 1 持续时间：
T1
CrVS I0
① 谐振电容充电 ② 谐振电容中存储电能的增加 ③ QS、Dfw都保持关断状态
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零电压开关准谐振Buck变换器——工条件： I0 > VS/Zn
零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
阶段3（ t2 ＜ t ≤ t3）
t2 时刻，谐振电容电压从 负峰值 下降到 0，阶段 3 开始
谐振电感电流继续增加 稳态输出电流 I0
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零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr
VS dt Lr
（3）谐振电感中峰值电流为：
I Lr ,max IS[1 (1)] 8 2 16 A
（4）谐振电容峰值电压为：
VCr ,max
Lr V0 IS Z n (24 8 ) V=64.25 V Cr
（3）谐振电容的峰值电压为：
VCr ,max Va VS Z n I 0 VS R Lr 6 2 106 (12 )V = 27.1 V 9 Cr 2 79 10
（4）谐振电感上电流的表达式为：
t iLr I 0 cos(n t ) 3cos( )=3cos(2.516 106 )t A Lr Cr
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解：（1）平均输出电压为：
fS 200 103 Va (1 )VS (1 ) 12 V=6 V 3 fn 400 10
Va 6 I 0 A=3 A （2）平均输出电流为： R 2 谐振电容被充电的时间为：
CrVS 79 109 12 T1 =0.316 μs I0 3
vCr (t1 ) Va iLr (t1 ) 0
谐振频率：n 1/ Lr Cr
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振电容电压继续谐振到负半周：回馈能量 输入源
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振阶段持续时间：T2 = t2 – t1，令 vCr(T2) = 0
v Cr (T2 ) VS Z n I 0 sin(nT2 ) 0
阶段 2 持续时间： T2
arcsin(VS / Z n I 0 )
n
n
α∈（ 3 π /2 ，2 π ）
t2 时刻，Cr 完全把能量回馈给输入源后，阶段 2 结束 Cr 上电压为 “负” 时，开通 QS
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解：（1）谐振电容频率：fn = 400 kHz 开关频率为： VS 12 fS f n 400kHz 200 kHz Va 24 （2）平均输出电流为： I Va 24 A=4A 0
R
6
假定变换器无损耗，则平均输入电流 IS 为：
V0 I 0 24 4 IS A=8 A US 12 谐振电容被充电的时间为： CrV0 24 9 T1 (79 10 ) =237 ns IS 8
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谐振电感电流： 谐振电容电压：
diLr dt dt

vCr (t ) Va Lr Cr
i Lr (t ) IS (1 cos n t ) v Cr (t ) Va IS Z n sin n t
特征阻抗： Z n Lr / Cr
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dvCr
( I S iLr (t ))
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
为保证零电压关断条件：
IS Va / Z n
IS (1 cos )
t2 时刻，谐振电感电流为：i Lr (t2 )
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
阶段3（ t2 ＜ t ≤ t3）
t2 时刻，Cr 电压从负峰值降到 0 ，阶段 3 开始 开关管 QS 开通，Dfw 开通，Lr 电流继续减小
iLr (t2 ) I 0 cos
Lr I 0 (1 cos ) T3 t3 t2 VS
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零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
阶段4（ t3 ＜ t ≤ TS）
t3 时刻，谐振电感电流 I0 时，阶段 4 开始
Dfw 关断
阶段 4 持续时间： T4 TS T3 T2 T 1
3、谐振电感、电容为无损、没有寄生参数的理想元件。
开关管 QS 关断前：流过输入电流 IS
续流二极管 Dfw 处于关断状态
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零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
阶段1（0 ＜ t ≤ t1）
0 时刻，开关管 QS 关断， 阶段 1 开始 谐振电容 Cr 被充电
Cr
dvCr dt
IS
CrVa IS
4、谐振电感、电容为无损、没有寄生参数的理想元件。
开关管 QS 关断前：谐振电感 Lr 中流过负载电流 I0 谐振电容 vCr（t≤0）被 D1 钳位到 0